Турбоэлектрическая силовая установка на тяжелых военных кораблях

[Muller]

Насколько перспективна идея с установкой ТЭА на тяжелых военных кораблях - линкорах и авианосцах периода 1930-х и 1940-х, а возможно и на более мелких классах?

США имели 6 линейных кораблей с ТЭА постройки 1916-20 годов, и еще 12 единиц планировали, но достроили как аваианосцы только "Лексингтон" и "Саратогу". В войну ТЭА стояли на 102 эскортниках типа "Бакли", а также на большом числе пассажирских лайнеров и быстроходных грузовых судов. Другие страны (в первую очередь Германия) также активно рассматривали возможность использования ТЭА.

1. Как ТЭА влияет на стоимость силовой установки по сравнению с ТЗА и на ее массогабаритные характеристики?

2. Какова ее живучесть по сравнению с ТЗА в артиллерийском бою и при затоплениях? Какие могут быть приняты меры для ее увеличения?

3. Какая установка удобнее в эксплуатации?

4. Позволяет ли ТЭА большее эшелонирование механизмов, чем ТЗА?

5. Может ли использование ТЭА сократить время постройки серии кораблей?

Изменено 15 Dec 2013 пользователем Muller

[Граф Цеппелин]

Говорят, главной проблемой был риск замыканий при боевых повреждениях. Потому и отказались.

Теоретически, ТЭА допускает очень эффективную регулировку оборотов без снижения мощности и не требует громоздких и ненадежных редукторов.

На практике... Не слишком удачное решение.

[Marlagram]

Дорого. Сложно. Требует цветные металлы в количестве. Требует контроль влажности в некоторых отсеках ЭУ. Имеет проблемы с живучестью при сотрясениях. Требует грамотный персонал (хотя конечно до экстрима с германскими высоконапорными котлами дело не доходит).

И кроме всего прочего - сравнительно тяжела.

Преимущества - экономичность и маневренность. Можно эксплуатировать тепловой-генерирующий комплекс на оптимальных режимах. И этих оптимальных режимов для достаточно большой установки (16 котлов, 4 главных турбогенератора, 3-4 вала с 2-3 электромоторами на каждом) много.

Существенное компоновочное преимущество - отсутствие длинных валов. Ну и возможность вкладывать всю энергию в обратный ход без возни с реверсивными турбинами или хитрыми переключаемыми редукторами.

Изменено 15 Dec 2013 пользователем Marlagram

[Cobra]

2. Какова ее живучесть по сравнению с ТЗА в артиллерийском бою и при затоплениях?

Требует контроль влажности в некоторых отсеках ЭУ.

Я служил на корабле с ДЭУ.... впринципе установка достаточно надежна, но както на систершипе залили отсек ГЭД, сушили их месяца три после этого :grin:

[ВВВ]

И кроме всего прочего - сравнительно тяжела.

Собственно только по этому американцы от нее и отказались - после всяких Вашингтонских договоров стали ценить всякую тонну :)

[Женя]

Требует контроль влажности в некоторых отсеках ЭУ. Имеет проблемы с живучестью при сотрясениях

Что такое "контроль влажности"? встроенный прямо в отсек осушитель воздуха?

Что значит живучесть при сотрясениях - от близких попаданий снарядов выходит из строя?

===============

Ну и про сравнительную тяжесть хотелось бы послушать - сравнительно - это сколько? вдвое? на 10%?

[Marlagram]

Что такое "контроль влажности"? встроенный прямо в отсек осушитель воздуха?

Что-то вроде. Специальная система вентиляции и кондиционирования, неспособность работать в затопленном отсеке. Для 30-х-40-вых годов для паротурбинной установки военного назначения норма работать в затопленном виде - даже для котельных отделений (это у нас задержались с прямым дутьём в котлы, на тех же семёрках дули в отсеки).

Что значит живучесть при сотрясениях - от близких попаданий снарядов выходит из строя?

Электродвигатели большой мощности тех лет - коллекторные, щётки плохо реагировали на существенные сотрясения при такой мощности. Электроарматура - тоже больной вопрос. Дуги разрядов, оплавления, замыкания...

Ну и про сравнительную тяжесть хотелось бы послушать - сравнительно - это сколько? вдвое? на 10%?

1. Для 30-40вых электропаротурбинные установки имели смысл при мощности на валу от 10 тыс. л. с. Больше - лучше, до где-то 80 тыс. на вал (320 тыс на корабль).

2. Такая установка имеет на 10-15 процентов большую удельную массу в снаряжённом состоянии и тратит на 10-15 процентов больше топлива на условную милю при эксплуатации по максимально оптимальному сценарию (т. е. как например трансатлантики - вышел из порта и "педаль в пол" до пункта назначения) из-за КПД преобразователей энергии. При интенсивном маневрировании такая установка наоборот выгоднее.

3. Цена зубчатого редуктора для обычной паротурбинной установки линкора 30-х - это до трети стоимости силовой установки и хай-тек металлообработки, лимитированный по количеству мест производства и тиражу. В США было проще делать электродвигатели, в Англии - редукторы. Особенности структуры промкомплексов...

Изменено 16 Dec 2013 пользователем Marlagram

[Пал Барисч]

Тема интересная. Предлагаю, чтобы всё это (и многие другие вопросы по отдельным элементам конструкций и систем) не терялось с годами, обсуждать в одной специальной теме:

http://fai.org.ru/forum/index.php/topic/29529-%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8B-%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8-%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8F/page__st__40

[ВВВ]

Ну и про сравнительную тяжесть хотелось бы послушать - сравнительно - это сколько? вдвое? на 10%?

Американца производили расчет для Йортауна - при мощности 120000 лс турбоэлектрическая будет на 400-500 тонн больше весить, но ее экономичность на 15 узлах будет на 25-30 процентов выше.

В принципе для большого артиллерийского корабля она лучше без вариантов - но конечно при отсутствии договоров типа Вашингтонского.

[Muller]

А если мы делаем быстроходный (29,75 узла) линкор в рамках Вашингтона для действий в европейских водах (дальность 3000 миль) с приоритетом защищенности и живучести - то тогда лучше обычный ТЗА?

Изменено 16 Dec 2013 пользователем Muller

[ВВВ]

А если мы делаем быстроходный (29,75 узла) линкор в рамках Вашингтона для действий в европейских водах (дальность 3000 миль) с приоритетом защищенности и живучести - то тогда лучше обычный ТЗА?

По Вашингтону вам в любом случае ТЗА лучше - потому как в расчет идет стандартное водоизмещение без запасов топлива. То бишь этот перевес придеться вкладывать в расчетное водоизмещение - а топливо - нет.

[Женя]

В принципе для большого артиллерийского корабля она лучше без вариантов - но конечно при отсутствии договоров типа Вашингтонского.

Вы хотели сказать для АВ? потому что по арткораблю стреляют, его затопляет итп. От всего этого турбозубчатый агрегат не ломается, а вот ТЭА вполне.

[ВВВ]

Вы хотели сказать для АВ? потому что по арткораблю стреляют, его затопляет итп. От всего этого турбозубчатый агрегат не ломается, а вот ТЭА вполне.

По авианосцу тоже стреляют

И реально живучесть у ТЭА выше . Там довольно много плюсов именно для артиллерийского корабля.

Проблема с кондиционированием и осушением воздуха не так сложна - электромоторы уже не первое десятилетие стояли на подводных лодках , а системы кондиционирования - в артиллерийских погребах линкоров.

Шум и вибрации у ТЭУ меньше - что сами понимаете для арткорабля только в плюс.

Валы короткие, отсеки для электромоторов лучше изолированы - ибо сами понимаете что пропустить силовой кабель через переборку куда проще паропровода.... И резервировать - проще.

Собственно котлы с генераторами к моторам жестко не привязаны - больше свободы в компоновке. Отсеки с котлами могут окружать генераторные и служить даже частью ПТЗ, как на том же Лексе. И живучесть повыситься....

Так что проблема там только в соответствующем развитии электротехники - и в отсутствии ограничений на стандартное водоизмещение.

А то в том же Принце Уэльском - турбина вполне себе работала в затопленном отсеке, и вращала длинный но уже погнутый вал - и таких делов наделала , что и торпеды не смогли.... Пусть лучше замкнет и остановиться И другие валы есть.

[арт]

Шум и вибрации у ТЭУ меньше

Это не столь очевидно.

Так что проблема там только в соответствующем развитии электротехники - и в отсутствии ограничений на стандартное водоизмещение.

Проблемма в двойном преобразовании энергии. Т.е. потере КПД.

[Marlagram]

Проблемма в двойном преобразовании энергии. Т.е. потере КПД.

Тут, повторюсь, не всё так просто.

График КПД турбины в зависимости от мощности/оборотов имеет вполне конкретную - и не самую удобную для корабля с ограниченным количеством топлива на борту форму. Это обладатели ЯЭУ могут себе позволить иметь крейсерскую в 90 процентов максимальной. Обычные же военные корабли с нефтяными/мазутными котлами вынуждены иметь крейсерскую в районе 45-65 процентов максимальной. А эксплуатировать турбины на неоптимальных режимах... Или же городить турбины крейсерского хода... Хлопотно это.

Таким образом, использовать один главный электротурбогенератор из 4-6 на оптимальных оборотах для экономного хода - выгоднее с точки зрения КПД даже с учётом неоптимального преобразования.

[арт]

Тут, повторюсь, не всё так просто.

Да.

Обычные же военные корабли с нефтяными/мазутными котлами вынуждены иметь крейсерскую в районе 45-65 процентов максимальной. А эксплуатировать турбины на неоптимальных режимах... Или же городить турбины крейсерского хода... Хлопотно это.

Не столь уж и хлопотно. Сама система хорошо отработана.

Таким образом, использовать один главный электротурбогенератор из 4-6 на оптимальных оборотах для экономного хода - выгоднее с точки зрения КПД даже с учётом неоптимального преобразования.

Это хорошо бы доказать.

[ВВВ]

Это не столь очевидно.

Очевидно. У самих американцев редукторы перед второй войной за сотню децибел шумели.

Это хорошо бы доказать.

опять же -американцы делали необходимые расчеты.

[арт]

Очевидно. У самих американцев редукторы перед второй войной за сотню децибел шумели.

опять же -американцы делали необходимые расчеты.

Хорошо бы указать на материалы расчетов и исследований.

[ВВВ]

Хорошо бы указать на материалы расчетов и исследований.

Коллега я же выше приводил их расчеты по Йорктауну. Из книжки Морская коллекция - Авианосцы Эссекс. И про шум там же.

[чукча]

В журнале по Лексингтону из той же серии такая же инфа: зубчатый редуктор на 180тыс. лс произвести в США было невозможно или трудно, шумели же редукторы(чуть меньших размеров) до 125 децибел. В итоге поставили турбоэлектрику, и среди положительных ее свойств отмечали что ЭУ очень маневренна, надежна и экономична на малых ходах. Также отмечали низкую вибрацию на полном ходу, так как гребные валы короткие.Недостатки - больший вес, сложность обслуживания, больший расход на полном ходу, риск замыканий (хотя на деле, ЕМНИП такого не произошло)

[арт]

Коллега я же выше приводил их расчеты по Йорктауну. Из книжки Морская коллекция - Авианосцы Эссекс. И про шум там же.

Это вы привели своё мнение. В тот период применение электрохода, в основном, связано со сложностью производства зубчатых колес большого диаметра. При чем установка полного электрохода получалась тяжелее.

Шум, сам по себе, ни чего не значит.

По Эсексам посмотрю.

[Пал Барисч]

Насколько я помню из книги 80-х г.г. "Сердце корабля", от ТЭУ отказались из-за меньшей экономичности. Видимо, плюсы от неё только у маневровых судов типа буксир. Также, видимо, на малых АВ их дешевле ставить в крупной серии, чем ТЗА.

[ВВВ]

Я прикинул - ежели взять Норт Кэролайн и заменить ее турбозубчатую установку на ТЭУ то выходит что стандартное водоизмещение будет тонн на 500 - 600 больше, зато полное при сохранении той же дальности плавания - более чем на тысячу меньше. Можно или дальность увеличить или еще куда эту тысячу тонн пристроить. Это при лучшем разбиении на отсеки и скорее всего решение проблемы вибрации от которой она страдали.

[арт]

Я прикинул - ежели взять Норт Кэролайн и заменить ее турбозубчатую установку на ТЭУ то выходит что стандартное водоизмещение будет тонн на 500 - 600 больше, зато полное при сохранении той же дальности плавания - более чем на тысячу меньше.

Это очень сомнительно.

[Женя]

Я прикинул

А как именно прикидывали?